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物联网与泛在智能(3)

作者:谢东亮 王羽 来源:中兴通讯技术 2012-01-04 09:20:30

摘要:物联网以信息服务为中心,通过与传感网、互联网、电信网、云计算平台相结合,把对物理世界的感知、认识、影响和控制与计算机系统进行最自然的融合,实现物理世界、数字虚拟世界和人类感知的高度统一,形成完整的信息物理融合系统。本讲座前两期分别介绍了无线传感网络及泛在感知体系架构、泛在网络融合与协同技术,本期将介绍物联网依托于云计算技术的泛在智能业务。

关键词:物联网[316篇]  泛在网[6篇]  

  10 云计算

  云计算的分布式中央处理单元是物联网的核心部分,也是物联网发展的基石。两者的有机结合,并通过对各种能力资源共享、业务快速部署、人与物交互的新业务扩展、信息价值深度挖掘等多方面的促进,可以带动整个产业链和价值链的升级与跃进,而当物联网达到一定规模时,对云计算的依赖性将更强。

  10.1 概念及发展现状

  云计算是在电子、通信、计算机与网络技术的共同作用下,从图灵计算逐渐向网络计算演化的一个必然阶段。它是一个基于互联网的计算,能向各种互联网应用提供硬件服务、基础架构服务、平台服务、软件服务和存储服务的系统[3].目前云计算没有统一的定义,维基百科对其定义是:云计算是一种互联网上的资源利用新方式,可为大众用户依托互联网上异构、自治的服务进行按需即取的计算。“云”是对云计算虚拟化、透明性、动态可扩展、聚散自如等特点的形象描述,同时是底层基础设施的一种抽象。

  云计算是分布式计算、并行计算和网格计算等技术的综合发展。其核心是将大型数据中心的计算资源进行虚拟化并向用户提供以计算资源为形式的服务。

  随着Google、IBM、Amazon等云计算的领跑者在商业应用中取得成功,云计算得到了中国国内和国际上工业界、学术界乃至政府部门的热烈响应。美国政府在IT 政策和战略中加入了云计算因素,美国国防信息系统部门(DISA)正在其数据中心内部搭建云环境,2009年9月,美国总统奥巴马宣布将执行一项影响深远的长期性云计算政策,希望借此压缩美国政府支出;日本内务部和通信监管机构计划建立“Kasumigaseki Cloud”,一个大规模的云计算基础设施,以支持所有政府运作所需的信息系统;中国政府在“十二五”信息规划的技术背景中特别对云计算技术做了阐述,明确提出云计算技术是中国下一个五年信息化产业发展的重点领域之一。

  10.2 关键技术

  云计算是一种新型的数据密集型超级计算方式,以数据为中心,在数据存储、数据管理、编程模式等多方面具有自身独特的技术。

  10.2.1 虚拟化技术

  虚拟化作为云计算的核心特征,是云计算依托的基础。虚拟化技术是指计算元件在虚拟的基础上运行,以扩大硬件的容量、简化软件的重新配置过程、减少软件虚拟机相关开销并支持更广泛的操作系统。通过虚拟化技术,单个服务器可以支持多个虚拟机运行多个操作系统和应用,从而大大提高服务器的利用率。在云计算实现中,计算系统虚拟化是一切建立在“云”上的服务与应用的基础。

  中国移动开发社区对虚拟化概括如下:虚拟化即基础设施的虚拟化,核心是传统的已经成熟的集群技术和分区技术的结合。虚拟化目前包括:网络虚拟化(VPN)、存储虚拟化(SAN/NAS)、服务器虚拟化,这些均为云计算的基础设施。

  10.2.2 数据存储与管理技术

  云计算数据存储以冗余的方式提供高可靠性和高可用性,具体包括集群计算、数据冗余和分布式存储技术,以保证数据具有高可用、高可靠和经济性。此外,云计算系统需要并行提供服务以满足大量用户的应用需求,故其存储技术需要具备高吞吐率和高传输率的特点。云计算的数据存储技术主要有谷歌的非开源GFS [4]和Hadoo的开源版GFS——HDFS [5].云计算数据存储本质上是一种分布式存储技术,它与相关的虚拟化技术实现了对上层屏蔽具体的物理存储器的位置、信息等。

  云数据管理方面,由于云计算的特点之一是对海量的数据存储、读取后进行大量的分析,数据的读操作频率远大于数据的更新频率[6],所以云数据管理是一种读优化的数据管理。云数据管理必须能够高效管理大数据集,从而对分布式海量数据集进行处理、分析并向用户提供高效服务。同时,如何在泛在感知获取的规模巨大的数据中找到特定数据,也是云计算数据管理技术所必须解决的问题。

  10.2.3 并行编程技术

  云计算的编程模型必须十分简单,并隐藏后台复杂的并行执行和任务调度。良好的透明性使得用户能够利用该模型编写程序达到特定预期的目的,轻松地享受云计算带来的服务。

  云计算大部分采用MapReduce[7]的编程模式,MapReduce是由Google提出的一种新兴的分布式并行编程模型,同时也是一种高效的任务调度模型。该编程模式仅适用于编写任务内部松耦合、高度并行化的程序。因此,如何有效改进此编程模式约束,使编程人员轻松编写紧耦合程序、高效调度和执行任务,是MapReduce编程模型未来发展方向之一。

  10.3 与物联网的结合

  云计算与物联网相辅相成。一方面,物联网的发展需要云计算强大的处理和存储能力作为支撑,使用云计算设施对物联网泛在感知层采集的海量数据进行处理、分析、挖掘,可以迅速、准确、智能地对物理世界进行管理和控制,从而为泛在智能服务提供技术保障;另一方面,物联网将成为云计算最大的用户,为云计算取得更大的商业成功奠定基础。

  物联网与云计算结合早在2009年8月24日已由中国移动总裁王建宙在中国台湾提出来,但其结合的优劣势、可能存在的商业模式、企业为此进行的准备等诸多问题还需要进一步研究探讨。

  物联网与云计算结合的两个重要方面是规模化与业务模式。首先,规模化是物联网与云计算结合的基础。一方面,云计算中心对接入网络终端的普适性,推动了物联网应用的广泛性;另一方面,物联网感知的泛在性与云计算超大规模的分布式计算性质、物联网感知数据的冗余性与云计算冗余数据存储有机地联系对应。云计算和物联网的结合有效地发挥了各自的优势和特点,相得益彰。因此,物联网发展的规模需要足够大,才能高效地与云计算结合,施展各自优势。如应用在智能电网、物流管理、地震台监测等。当然,两者的结合也不能一概而论,对于一般性的、局域的、家庭网的物联网应用,则无需结合云计算。

  其次,适合的业务模式是实现条件。需要考虑非常现实的技术支撑和产业链建设的价值平衡,并有效促进产业与行业发展。只有通过适合的业务模式和实用的实际服务,才能使物联网和云计算更好服务,形成一个有效、良性的价值链体系和业务生态系统,从而推动整个信息产业能够良性可持续发展。

  物联网与云计算的结合在实现了泛在智能服务、创造更多价值的同时,在信息的安全性、价值链形成过程中的利益分配平衡也存在着一定的风险和不确定性,需要进一步研究探索。

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